JP6433014B2 - Information acquisition apparatus and information transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、液晶モニタやプロジェクタなどの表示装置が表示する表示画像中に埋め込まれた情報を取得する情報取得装置や、当該情報取得装置を備えた情報伝達システムに関する。 The present invention relates to an information acquisition device that acquires information embedded in a display image displayed by a display device such as a liquid crystal monitor or a projector, and an information transmission system including the information acquisition device.
近年、携帯端末やロボットなどの様々な電子機器にイメージセンサが搭載されており、このような電子機器の撮像機能を利用した様々なシステムが提案されている。そして、このようなシステムの中でも、表示装置と電子機器とが連携動作するシステム(具体的には、表示装置が表示する表示画像を電子機器が撮像することによって、当該電子機器が何らかの情報を取得して動作に利用するシステム)が、特に注目されている。 In recent years, image sensors are mounted on various electronic devices such as mobile terminals and robots, and various systems using an imaging function of such electronic devices have been proposed. Among such systems, a system in which a display device and an electronic device operate in cooperation (specifically, the electronic device captures some information when the electronic device captures a display image displayed by the display device). The system that is used for operation) is attracting particular attention.
表示装置と電子機器とが連携動作するシステムでは、例えば、表示画像を撮像してプレビュー画像を表示する携帯端末において実在しない物体の画像を当該プレビュー画像中に合成して表示する拡張現実(Augmented Reality:AR)処理や、表示画像の撮像によって当該表示画像を表示する表示装置(または、当該表示画像のデータを生成して当該表示装置に出力するコンピュータ)を識別した携帯端末による当該表示装置(または、当該コンピュータ)の遠隔操作、表示画像の撮像により取得した情報に基づいて動作するロボットの自律運転など、が可能である。 In a system in which a display device and an electronic device operate in cooperation, for example, augmented reality (Augmented Reality) in which an image of an object that does not exist in a mobile terminal that captures a display image and displays a preview image is combined and displayed in the preview image. : AR) The display device (or the mobile device) that identifies the display device (or the computer that generates the display image data and outputs the display image data) by displaying or displaying the display image. , Remote operation of the computer), autonomous operation of a robot that operates based on information acquired by capturing a display image, and the like are possible.
ただし、上記のような表示装置と電子機器とが連携動作するシステムでは、表示画像を撮像した電子機器が情報を取得することができるように、情報を取得するための『しくみ』を表示画像中に設ける必要がある。 However, in a system in which the display device and the electronic device operate in cooperation as described above, the “structure” for acquiring information is displayed in the display image so that the electronic device that captured the display image can acquire the information. It is necessary to provide in.
この最も簡単な方法として、当該情報を表すマーカを表示画像中に表示させる方法が考えられる。しかし、この方法では表示画像が見苦しくなってしまうという問題が生じる。そのため、当該『しくみ』は、表示画像を撮像する電子機器であれば認識可能であるが、表示画像を見る人間の視覚では認識不可能(または、認識が著しく困難)であることが要請される。 As the simplest method, a method of displaying a marker representing the information in a display image can be considered. However, this method causes a problem that the display image becomes unsightly. Therefore, the “structure” can be recognized by an electronic device that captures a display image, but is required to be unrecognizable (or extremely difficult to recognize) by the human vision of the display image. .
この要請を満たすシステムが、特許文献1及び2、並びに、非特許文献1及び2で提案されている。なお、特許文献2及び非特許文献2で提案されているシステムは、同一のものである。
Systems that satisfy this requirement have been proposed in
特許文献1では、複数の表示装置のそれぞれにおいて、バックライトの輝度の変調方法を異ならせることによって、表示装置の表示面上を撮像するライトペンが、どの表示装置の表示面を撮像しているのかを識別可能としたシステムが提案されている。
In
また、非特許文献1では、人間の視覚では認識できない極めて短い時間に二次元コードを投影するプロジェクタを備え、当該プロジェクタが投影するタイミングとカメラが撮像するタイミングとを同期させることによって、投影された二次元コードが識別可能である画像データを生成するシステムが提案されている。
Non-Patent
また、特許文献2及び非特許文献2では、補色である2色(青色及び黄色)の高速切替表示と、当該2色を加法混色して成る単色(白色または灰色)の継続表示と、を人間が識別できないことを利用して、表示画像中に情報を埋め込むシステムが提案されている。 In Patent Document 2 and Non-Patent Document 2, two colors (blue and yellow), which are complementary colors, are displayed at high speed switching, and a continuous display of a single color (white or gray) formed by additively mixing the two colors is human. A system that embeds information in a display image by utilizing the fact that cannot be identified has been proposed.
具体的に、このシステムでは、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどで採用されているローリングシャッタ方式のイメージセンサを搭載した携帯端末が使用される。なお、ローリングシャッタ方式とは、イメージセンサを構成するそれぞれの撮像画素回路を、所定の単位(例えば、行単位)毎に順次駆動することによって、当該単位毎に露光タイミングが異なる画素データを順次生成し、さらにこれらの画素データを接続することで1つの画像データを生成する方式である。また、表示装置は、表示画像内の所定の領域(文字や図画が表示されないブランクの領域であって、例えば外周のフレーム領域)に設けられた「セル」を、上述した2種類の表示方法で選択的に表示することによって、表示画像内に情報を埋め込む。 Specifically, in this system, a portable terminal equipped with a rolling shutter type image sensor employed in a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor or the like is used. Note that the rolling shutter method is to sequentially generate pixel data having different exposure timings for each unit by sequentially driving each imaging pixel circuit constituting the image sensor for each predetermined unit (for example, row unit). Further, it is a method of generating one image data by connecting these pixel data. In addition, the display device uses the above-described two types of display methods to display “cells” provided in a predetermined area in a display image (a blank area in which characters and drawings are not displayed, for example, an outer frame area). By selectively displaying, information is embedded in the display image.
この「セル」を、ローリングシャッタ方式のイメージセンサを備えた携帯端末で撮像した場合、2色の高速切替表示をする「セル」は、携帯端末が生成する画像データ中において、青色の表示期間中に撮像して得られた青色の画素データと、黄色の表示期間中に撮像して得られた黄色の画素データと、が混在した状態(具体的には、青色と黄色の縞模様の状態)となる。一方、単色の継続表示をする「セル」は、携帯端末が生成する画像データ中において、全部が当該単色で塗りつぶされた状態となる。そこで、携帯端末は、表示画像を撮像して生成した画像データ中の「セル」に対応する領域が、2色(青色及び黄色)が混在した状態であるか、単色(白色または灰色)で塗りつぶされた状態であるか、を識別することによって、情報を取得する。 When this “cell” is imaged by a mobile terminal equipped with a rolling shutter image sensor, the “cell” that performs high-speed switching display of two colors is in the blue display period in the image data generated by the mobile terminal. A state in which the blue pixel data obtained by imaging and the yellow pixel data obtained by imaging during the yellow display period are mixed (specifically, a blue and yellow striped pattern state) It becomes. On the other hand, all the “cells” that are continuously displayed in a single color are filled with the single color in the image data generated by the mobile terminal. Therefore, in the mobile terminal, the region corresponding to the “cell” in the image data generated by capturing the display image is in a state where two colors (blue and yellow) are mixed, or is filled with a single color (white or gray). Information is obtained by identifying whether it is in a state of being recorded.
しかしながら、特許文献1で提案されているシステムでは、バックライトの輝度を変調するための変調装置をバックライトに追加するとともに、バックライトの輝度の変調方法を識別するためのセンサ及び復調装置をライトペンに追加する必要があるため、システムの構成が大型化かつ複雑化する。さらに、このシステムでは、空間方向には変動せず時間方向にのみ変動するバックライトの輝度を用いて情報を伝達するため、単位時間当たりにライトペンが取得可能な情報量が極端に少なく、表示装置の識別コード程度の極めて単純な情報しか伝達することができない。
However, in the system proposed in
一方、非特許文献1で提案されているシステムでは、二次元コードを用いて情報を伝達するため、複雑な情報であっても伝達することが可能である。しかし、このシステムでは、二次元コードを投影するプロジェクタと、投影された二次元コードを撮像するカメラと、のそれぞれに接続してこれらの動作を同期させるための同期ユニットが必要になるため、システムの構成が大規模になる。さらに、このシステムでは、同期ユニットに接続されたカメラ以外は、二次元コードが識別可能である画像データを生成することが不可能であるため、システムの汎用性が極めて低い。
On the other hand, in the system proposed in Non-Patent
これらのシステムに対して、特許文献2及び非特許文献2で提案されているシステムでは、ローリングシャッタ方式のイメージセンサを備えた携帯端末であれば、表示画像中の「セル」に表示される二次元の情報を取得することが可能である。即ち、このシステムでは、任意の上記携帯端末において二次元の情報を取得することが可能になる。 In contrast to these systems, in the systems proposed in Patent Document 2 and Non-Patent Document 2, a portable terminal having a rolling shutter image sensor is displayed in a “cell” in a display image. It is possible to acquire dimension information. That is, in this system, it is possible to acquire two-dimensional information in any portable terminal.
しかしながら、特許文献2及び非特許文献2で提案されているシステムでは、携帯端末が、撮像して得た画像データ中の色を識別して情報を取得するため、表示装置が、「セル」に表示すべき色(青色、黄色、白色、灰色)の文字や図画を含む表示画像を表示することができないという制限がある。さらに、このシステムでは、「セル」は人間の視覚において単色(白色または灰色)で塗りつぶされた領域であると認識されるため、表示画像中の文字や図画を表示する領域内に「セル」を設けることは不可能であるから、文字や図画が表示されないフレーム領域などの限られた極狭い領域に「セル」を設けざるを得ないという制限がある。 However, in the systems proposed in Patent Document 2 and Non-Patent Document 2, since the mobile terminal identifies the color in the image data obtained by imaging and acquires information, the display device becomes a “cell”. There is a limitation that it is impossible to display a display image including characters and drawings of colors to be displayed (blue, yellow, white, gray). Furthermore, in this system, since the “cell” is recognized as a region painted with a single color (white or gray) in human vision, the “cell” is placed in the region where characters and drawings in the display image are displayed. Since it cannot be provided, there is a restriction that “cells” must be provided in a very narrow area such as a frame area where characters and drawings are not displayed.
このように、特許文献2及び非特許文献2で提案されているシステムでは、表示画像の内容の制限や、表示画像中の「セル」を設ける位置の制限など、様々な制限が課されるため、問題となる。 As described above, the systems proposed in Patent Document 2 and Non-Patent Document 2 impose various restrictions such as restrictions on the contents of the display image and restrictions on the position where the “cell” is provided in the display image. , It becomes a problem.
そこで、本発明は、表示画像の内容や表示画像中の情報を埋め込む位置を制限することなく、簡易な構成で当該表示画像中に埋め込まれた情報を取得することが可能な情報取得装置や情報伝達システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an information acquisition device and information that can acquire information embedded in a display image with a simple configuration without limiting the contents of the display image and the position where the information in the display image is embedded. The purpose is to provide a transmission system.
上記目的を達成するため、本発明は、原画像に表示方法が順次切り替えられるパタンが埋め込まれた表示画像を、一連の撮像フレームの各撮像期間において順次撮像することで撮像画像データを順次生成する撮像部と、前記撮像部が順次生成する前記撮像画像データの前記一連の撮像フレームの異なるフレーム間の差分に基づいて、前記パタンを示す出力パタンデータを生成する画像処理部と、を備え、前記表示画像は、前記原画像中の埋込位置における原画素を変動させて前記パタンとしたものであって、前記パタンの前記表示方法が順次切り替えられると、人間の視覚では、前記パタンと前記原画像中の前記埋込位置における前記原画素とが区別できないように設定されており、前記撮像部は、1つの前記パタンに対応した前記表示画像を表示する表示期間である表示タイミングと、前記撮像部が前記表示画像を順次撮像する前記撮像期間である撮像タイミングの間にズレが生じている場合、当該ズレの生じている1つの前記撮像期間内に、前記ズレに応じた時間比で、前記表示方法の異なる連続する2つの前記パタンが各別に埋め込まれた2つの前記表示画像を順次撮像するように構成され、前記一連の撮像フレームにおける前記撮像タイミングが、所定周期で出現する前記表示タイミングに対して、1つの前記撮像期間の前記ズレに応じた時間比が時間方向に対して変動するように、設定されていることを特徴とする情報取得装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention sequentially generates captured image data by sequentially capturing a display image in which a pattern in which a display method is sequentially switched is embedded in an original image in each imaging period of a series of imaging frames. An imaging unit; and an image processing unit that generates output pattern data indicating the pattern based on a difference between different frames of the series of imaging frames of the captured image data sequentially generated by the imaging unit, and The display image is obtained by changing the original pixel at the embedding position in the original image to form the pattern. When the display method of the pattern is sequentially switched, in human vision, the pattern and the original image are displayed. wherein in the embedding position in the image are set so that the original pixels are indistinguishable, the imaging unit, the display image corresponding to one of said pattern When a deviation occurs between a display timing that is a display period to be displayed and an imaging timing that is the imaging period in which the imaging unit sequentially captures the display image, within one imaging period in which the deviation occurs In addition, it is configured to sequentially capture two display images in which two consecutive patterns having different display methods are embedded separately at a time ratio corresponding to the shift, and the imaging in the series of imaging frames information acquisition timing, with respect to the display timing appearing at a predetermined period, so that the time ratio corresponding to the deviation of one of the imaging period varies with respect to the time direction, characterized in that it is set Providing equipment.
この情報取得装置によれば、撮像画像データの異なるフレーム間の差分に基づいて出力パタンデータを生成するため、表示動作及び撮像動作の同期を不要とした簡易な構成であっても、表示画像の内容や表示画像中の情報を埋め込む位置を制限することなく、当該表示画像中に埋め込まれた情報を取得することが可能になる。 According to this information acquisition device, output pattern data is generated based on the difference between different frames of captured image data, so even with a simple configuration that does not require synchronization of the display operation and the imaging operation, The information embedded in the display image can be acquired without limiting the contents and the position where the information in the display image is embedded.
さらに、この情報取得装置によれば、表示タイミング及び撮像タイミングのズレが時間方向に対して変動するため、パタンが完全にキャンセルされた撮像画像データのみが生成されることが避けられ、パタンが識別可能である出力パタンデータを生成することが可能になる。 Furthermore, according to this information acquisition apparatus, since the display timing and the imaging timing shift fluctuate with respect to the time direction, it is possible to avoid the generation of only the captured image data in which the pattern is completely canceled, and to identify the pattern. It is possible to generate output pattern data that is possible.
さらに、上記特徴の情報取得装置において、前記撮像部は、前記原画像に所定のパタン表示切替レートで表示方法が順次切り替えられる前記パタンが埋め込まれた前記表示画像を、所定の撮像フレームレートで順次撮像することで前記撮像画像データを順次生成するものであり、前記表示タイミングと前記撮像タイミングとの間の前記ズレが、時間方向に対して周期的に変動してうなりが生じるように、前記パタン表示切替レート及び前記撮像フレームレートが設定されていると、好ましい。 Furthermore, Oite the information acquisition device having the above characteristics, the imaging unit, the said display image the pattern is embedded to the method displayed in a predetermined pattern display switching rate to the original image is sequentially switched, predetermined imaging frame rate In order to generate the captured image data sequentially by sequentially capturing images, the deviation between the display timing and the imaging timing varies periodically with respect to the time direction, and a beat occurs. It is preferable that the pattern display switching rate and the imaging frame rate are set.
この情報取得装置によれば、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートをうなりが生じる大きさにするという簡易な方法で、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向に対して変動させることができる。そのため、撮像部の動作制御を簡易なものにすることが可能になる。 According to this information acquisition apparatus, it is possible to vary the display timing and the imaging timing with respect to the time direction by a simple method of setting the pattern display switching rate and the imaging frame rate to a size that causes a beat. Therefore, it is possible to simplify the operation control of the imaging unit.
さらに、上記特徴の情報取得装置において、前記画像処理部は、前記うなりの周波数で前記撮像フレームレートを除した数である繰り返し単位フレーム数以上となる、所定数の前記撮像画像データから得られる前記差分に基づいて、前記出力パタンデータを生成すると、好ましい。 Furthermore, in the information acquisition apparatus having the above characteristics, the image processing unit is obtained from a predetermined number of the captured image data that is equal to or more than the number of repetitive unit frames that is a number obtained by dividing the captured frame rate by the beat frequency. It is preferable to generate the output pattern data based on the difference.
この情報取得装置によれば、表示タイミング及び撮像タイミングのズレが異なる全種類の撮像画像データを用いて、フレーム間の差分が算出される。そのため、算出される撮像画像データのフレーム間の差分の中に、パタンが埋め込まれた位置の差分の絶対値が0よりも十分に大きくなるものが含まれる可能性を、高くすることが可能になる。 According to this information acquisition apparatus, differences between frames are calculated using all types of captured image data having different display timings and imaging timings. Therefore, it is possible to increase the possibility that the calculated difference between the frames of the captured image data includes a case where the absolute value of the difference in the position where the pattern is embedded is sufficiently larger than 0. Become.
さらに、上記特徴の情報取得装置において、前記画像処理部は、前記所定数である前記撮像画像データの全ての組み合わせから得られる前記差分に基づいて、前記出力パタンデータを生成すると、好ましい。 Furthermore, in the information acquisition apparatus having the above characteristics, it is preferable that the image processing unit generates the output pattern data based on the difference obtained from all combinations of the predetermined number of the captured image data.
この情報取得装置によれば、算出される撮像画像データのフレーム間の差分の中に、パタンが埋め込まれた位置の差分の絶対値が0よりも十分に大きくなるものが含まれる可能性を、高くすることが可能になる。 According to this information acquisition device, there is a possibility that the difference between calculated frames of captured image data includes a case where the absolute value of the difference between positions where the pattern is embedded is sufficiently larger than 0. It becomes possible to make it higher.
さらに、上記特徴の情報取得装置において、前記パタン表示切替レート及び前記撮像フレームレートは、前記繰り返し単位フレーム数が奇数となるように設定されていると、好ましい。 Furthermore, in the information acquisition device having the above characteristics, it is preferable that the pattern display switching rate and the imaging frame rate are set so that the number of repeating unit frames is an odd number.
この情報取得装置によれば、露光期間中に複数の表示画像が表示されて生成される撮像画像データにおける当該表示画像の混合比が、順次生成される撮像画像データの全体にわたって一様になることで、パタンが埋め込まれた位置の差分の絶対値が全体的に小さくなることを、避けることが可能になる。 According to this information acquisition apparatus, the mixture ratio of the display images in the captured image data generated by displaying a plurality of display images during the exposure period is uniform over the entire captured image data generated sequentially. Thus, it is possible to avoid that the absolute value of the difference in the position where the pattern is embedded becomes small as a whole.
さらに、上記特徴の情報取得装置において、前記パタン表示切替レート及び前記撮像フレームレートは、前記撮像フレームレートが前記パタン表示切替レートよりも小さくなるように設定されていると、好ましい。 Furthermore, in the information acquisition device having the above characteristics, it is preferable that the pattern display switching rate and the imaging frame rate are set so that the imaging frame rate is smaller than the pattern display switching rate.
この情報取得装置によれば、三板式のプロジェクタを用いて表示画像を表示する場合や、撮像部がローリングシャッタ方式のイメージセンサを備える場合であっても、信頼性の高い出力パタンデータを生成することが可能になる。 According to this information acquisition device, even when a display image is displayed using a three-plate projector or when the imaging unit includes a rolling shutter image sensor, highly reliable output pattern data is generated. It becomes possible.
さらに、上記特徴の情報取得装置において、前記パタン表示切替レート及び前記撮像フレームレートは、一方の値が固定されている場合に、他方が、前記うなりの周波数が最大となるように設定されていると、好ましい。 Furthermore, in the information acquisition device having the above characteristics, the pattern display switching rate and the imaging frame rate are set such that when one value is fixed, the other has the maximum beat frequency. It is preferable.
この情報取得装置によれば、差分を算出するために用いる撮像画像データの数を最小にすることが可能になり、撮像画像データの変動の影響を小さくすることができるため、出出力パタンデータの信頼性を向上することが可能になる。 According to this information acquisition device, the number of captured image data used for calculating the difference can be minimized, and the influence of fluctuations in the captured image data can be reduced. Reliability can be improved.
さらに、上記特徴の情報取得装置において、前記パタンの前記表示方法が2種類であるとき、前記パタン表示切替レート及び前記撮像フレームレートは、前記撮像フレームレートが前記パタン表示切替レートの3/4倍となるように設定されていると、好ましい。 Furthermore, in the information acquisition apparatus having the above characteristics, when the display method of the pattern is two types, the pattern display switching rate and the imaging frame rate are 3/4 times the imaging frame rate of the pattern display switching rate. It is preferable that it is set to be.
この情報取得装置によれば、うなりの周波数が最大であり、かつ、繰り返し単位フレーム数を奇数にすることが可能になる。 According to this information acquisition apparatus, the beat frequency is maximum and the number of repeating unit frames can be made odd.
さらに、上記特徴の情報取得装置において、前記撮像部の露光期間の長さと、前記パタン表示切替レートの逆数である前記パタンの切替周期と、が等しくなるように設定されていると、好ましい。 Furthermore, in the information acquisition device having the above characteristics, it is preferable that the length of the exposure period of the imaging unit is set to be equal to the pattern switching cycle that is the reciprocal of the pattern display switching rate.
この情報取得装置によれば、表示画像が過度に混合されてパタンが大幅にキャンセルされた撮像画像データが生成される可能性を低くすることが可能になるとともに、様々な種類の表示装置やイメージセンサを使用することが可能になる。 According to this information acquisition device, it is possible to reduce the possibility of generating captured image data in which display images are excessively mixed and the pattern is significantly canceled, and various types of display devices and images are used. The sensor can be used.
さらに、上記特徴の情報取得装置において、前記表示画像中の前記パタンは、前記原画像中の前記埋込位置における前記原画素の色度を変動させたものであると、好ましい。 Furthermore, in the information acquisition apparatus having the above characteristics, it is preferable that the pattern in the display image is obtained by changing the chromaticity of the original pixel at the embedding position in the original image.
この情報取得装置によれば、人間の視覚では認識し難いパタンが埋め込まれた表示装置を撮像して、パタンを取得することが可能になる。 According to this information acquisition device, it is possible to capture a pattern by capturing an image of a display device in which a pattern that is difficult to recognize with human vision is embedded.
また、本発明の情報伝達システムは、上記の情報取得装置と、前記表示画像を表示する情報提供装置と、を備え、前記情報提供装置は、前記原画像を示す原画像データに対して、入力パタンデータが示す前記パタンの前記埋込位置における前記原画素の画素値を変動させることで、前記表示画像を示す表示画像データを順次生成するパタン埋込部と、前記パタン埋込部が生成する前記表示画像データが示す前記表示画像を順次表示する表示部と、を備えることを特徴とする。 In addition, an information transmission system of the present invention includes the above-described information acquisition device and an information providing device that displays the display image, and the information providing device inputs input to original image data indicating the original image. A pattern embedding unit that sequentially generates display image data indicating the display image by changing a pixel value of the original pixel at the embedding position of the pattern indicated by pattern data, and the pattern embedding unit generates A display unit that sequentially displays the display images indicated by the display image data.
上記特徴の情報取得装置及び情報伝達システムによれば、表示動作及び撮像動作の同期を不要とした簡易な構成であっても、表示画像の内容や表示画像中のパタンを埋め込む位置を制限することなく、当該表示画像中に埋め込まれた情報を取得することが可能になる。さらに、パタンが完全にキャンセルされた撮像画像データのみが生成されることが避けられ、パタンが識別可能である出力パタンデータを生成することが可能になる。 According to the information acquisition device and the information transmission system having the above characteristics, even in a simple configuration that does not require synchronization of the display operation and the imaging operation, the contents of the display image and the position where the pattern in the display image is embedded are limited. It is possible to acquire information embedded in the display image. Furthermore, it is possible to avoid generating only captured image data in which the pattern is completely canceled, and it is possible to generate output pattern data in which the pattern can be identified.
<<情報伝達システム>>
本発明の実施形態に係る情報伝達システムについて、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る情報伝達システムの構成例について示すブロック図である。
<< Information transmission system >>
An information transmission system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an information transmission system according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本発明の実施形態に係る情報伝達システム1は、情報提供装置10と、情報取得装置20と、を備える。情報提供装置10は、情報取得装置20に対して伝達すべき情報であるパタンが埋め込まれた表示画像を生成して表示する。また、情報取得装置20は、情報提供装置10が表示する表示画像を撮像することで、当該表示画像中に埋め込まれているパタンを取得する。
As shown in FIG. 1, the
情報提供装置10の典型例は、ディスプレイまたはプロジェクタ及びスクリーンなどの中型または大型の表示装置を備える据置型のコンピュータシステムや、デジタルサイネージなどである。また、情報取得装置20の典型例は、動画撮像用カメラを有したスマートフォンやタブレット型端末、ノートパソコンなどの携帯端末、あるいはスマートグラスに代表されるヘッドマウントディスプレイなどのウエアラブル端末である。
A typical example of the
<情報提供装置>
情報提供装置10は、パタン埋込部11と、表示部12と、を備える。例えば、パタン埋込部11は、CPU(Central Processing Unit)などの演算装置や、データを一時的に保持するフレームメモリを備える。また例えば、表示部12は、液晶モニタやプロジェクタなどの表示装置を備える。
<Information provision device>
The
パタン埋込部11は、原画像を示す原画像データに対して、入力パタンデータが示すパタンの埋込位置における原画素の画素値を変動させることで、表示画像を示す表示画像データを生成する。また、表示部12は、パタン埋込部11が生成する表示画像データが示す表示画像を、順次表示する。なお、以下では、原画像及び原画像データ中の画素を「原画素」と称し、表示画像及び表示画像データ中の画素を「表示画素」と称する。
The
ここで、情報提供装置10におけるパタン埋込部11及び表示部12の具体的な動作例について、図面を参照して説明する。図2は、情報提供装置におけるパタン埋込部及び表示部の具体的な動作例について示す図である。なお、図2に示す原画像は静止画であり、以下の説明においても原画像は静止画であるものとする。
Here, specific operation examples of the
図2に示す動作例は、パタン埋込部11が、原画像データ中の埋込位置Pにおける原画素の画素値を、異なる2種類の変動方法を適用して交互に変動させることで、表示方法が交互に異なるパタンが埋め込まれた表示画像を示す表示画像データを順次生成するものである。なお、以下では、原画像データに対して一方の画素値の変動方法を適用して生成される表示画像データと当該表示画像データが示す表示画像とを共に「A」と称し、原画像データに対して他方の画素値の変動方法を適用して生成される表示画像データと当該表示画像データが示す表示画像とを共に「B」と称する。
In the operation example shown in FIG. 2, the
また、図2に示す動作例は、表示部12が、パタン埋込部11が順次生成する表示画像データが示す表示画像「A」及び「B」を、所定の表示フレームレートで交互に切り替えて表示するものである。なお、表示フレームレートとは、表示部12が表示画像を描画するフレームレート(例えば、60fps)である。
In the operation example shown in FIG. 2, the
図2に示すように、表示フレームレートと表示画像「A」及び「B」の表示が切り替えられるレート(以下、「パタン表示切替レート」という)とは原則として一致するが、一致しない場合もあり得る。例えば、表示部12が、60fpsの表示フレームレートで、表示画像「A」、表示画像「A」、表示画像「B」、表示画像「B」と描画する場合、パタン表示切替レートは30fpsとなり、表示フレームレート(60fps)とは一致しない。また例えば、表示部12が、120fpsの表示フレームレートで、表示画像「A」、暗転画像(液晶モニタ等で残像を抑制するために挿入される黒画像)、表示画像「B」、暗転画像と描画する場合、表示画像「A」及び「B」のそれぞれが表示される時間は1/120秒であるが、パタン表示切替レートは60fpsとなり、表示フレームレート(120fps)とは一致しない。ただし、以下では説明の簡略化のため、図2に例示するように、表示フレームレートとパタン表示切替レートとが等しい場合について説明する。
As shown in FIG. 2, the display frame rate and the rate at which the display of the display images “A” and “B” are switched (hereinafter referred to as “pattern display switching rate”) generally match, but may not match. obtain. For example, when the
図2に示す動作例では、表示部12が、表示画像「A」及び「B」を交互に表示することになるが、上述のように、表示画像「A」及び「B」に埋め込まれているそれぞれのパタンは、人間の視覚では認識不可能(または、認識が著しく困難)であることが要請される。そこで、パタン埋込部11は、パタン表示切り替えレートで表示画像「A」及び「B」を交互に切り替えた場合に、残像効果によって、人間の視覚ではパタンと原画像中の埋込位置Pにおける原画素とが区別できないような、原画像データの原画素の画素値の変動方法(即ち、パタンの表示方法)を選択することとする。
In the operation example illustrated in FIG. 2, the
具体的に、パタン埋込部11は、表示画像「A」及び「B」中の埋込位置Pにおける表示画素(即ち、パタンの画素)を、人間の視覚上で平均化すると、原画像中の埋込位置Pにおける原画素と同様になるような変動方法を選択する。例えば、パタン埋込部11は、原画像データ中の埋込位置Pにおける原画素の画素値がCOの場合、表示画像データ「A」の埋込位置Pにおける表示画素の画素値CAと表示画像データ「B」の埋込位置Pにおける表示画素の画素値CBとが(CA+CB)/2=COとなるような変動方法を選択する。なお、この場合における画素値の変動方法とは、1つは画素値COを画素値CAに変動させるための演算式であり、もう1つは画素値COを画素値CBに変動させるための演算式である。
Specifically, the
このような画素値の変動方法は無数に存在するが、人間の視覚ではパタンを認識し難くなるような変動方法を選択すると、好ましい。特に、人間は輝度の変化には敏感であるが色度の変化には鈍感であるという性質を利用して、パタン埋込部11が、原画像データの埋込位置Pにおける原画素の輝度値を変動させず色度値のみを変動させる変動方法を選択するようにすると、人間の視覚では特に認識し難いパタンを表示画像「A」及び「B」に埋め込むことができるため、好ましい。
There are an infinite number of such pixel value variation methods, but it is preferable to select a variation method that makes it difficult for human vision to recognize the pattern. In particular, the
このような、原画像データの埋込位置Pにおける原画素の輝度値を変動させずに色度値のみを変動させる変動方法を選択する場合において、必要があれば、原画像データの原画素の画素値をL*a*b*色空間の画素値に変換する。なお、L*a*b*色空間の画素値とは、画素値を、輝度を表すL*の値(0以上を取り得る値であり、大きくなるほど画素が明るくなる)と、赤緑方向の色度を表すa*の値(正負を取り得る値であり、正に大きくなるほど画素の赤みが増し、負に大きくなるほど画素の緑みが増す)と、黄青方向の色度を表すb*の値(正負を取り得る値であり、正に大きくなるほど画素の黄みが増し、負に大きくなるほど画素の青みが増す)と、で表現した画素値である。 In selecting such a variation method in which only the chromaticity value is changed without changing the luminance value of the original pixel at the embedding position P of the original image data, if necessary, the original pixel of the original image data is changed. The pixel value is converted into a pixel value in the L * a * b * color space. Note that the pixel value in the L * a * b * color space means that the pixel value is a value of L * representing luminance (a value that can take 0 or more, and the larger the pixel becomes, the brighter the pixel), The value of a * that represents chromaticity (a value that can be positive or negative, the redness of the pixel increases as the value increases positively, and the greenness of the pixel increases as the value increases negatively), and b * that indicates chromaticity in the yellow-blue direction (A value that can be positive or negative, the pixel value increases as the value increases positively, and the pixel value increases as the value increases negatively).
例えば、RGB色空間の画素値をL*a*b*色空間の画素値に変換する場合、まず、下記式(1)に示すように、RGB色空間の画素値をXYZ色空間の画素値に変換する。なお、下記式(1)中の行列Mの各値は、白色基準光の選択に応じて決まるものであり、下記式(1)に例示する行列Mの各値は、白色基準光としてD65を選択した場合のものである。 For example, when converting a pixel value in the RGB color space into a pixel value in the L * a * b * color space, first, the pixel value in the RGB color space is converted to a pixel value in the XYZ color space as shown in the following equation (1). Convert to In addition, each value of the matrix M in the following formula (1) is determined according to the selection of the white reference light, and each value of the matrix M illustrated in the following formula (1) is D65 as the white reference light. If selected.
そして、上記式(1)によって得られたXYZ色空間の画素値を、下記式(2)によってL*a*b*色空間の画素値に変換する。なお、下記式(2)における関数f(t)、定数Xn,Yn及びZnは、下記式(3)に示す通りである。また、下記式(3)の定数Xn,Yn及びZnの各値は、白色基準光としてD65を選択した場合のものである。 Then, the pixel value in the XYZ color space obtained by the above equation (1) is converted into a pixel value in the L * a * b * color space by the following equation (2). The function f (t), constants X n , Y n and Z n in the following formula (2) are as shown in the following formula (3). The values of constants X n , Y n and Z n in the following formula (3) are those when D65 is selected as the white reference light.
この場合、パタン埋込部11は、少なくとも原画像データ中の埋込位置Pにおける原画素の画素値について、上記式(1)〜(3)の演算によってL*a*b*色空間の画素値に変換し、a*b*平面内で画素値を変動させることによって、表示画像データ「A」及び「B」を生成する。そして、パタン埋込部11は、上記式(1)〜(3)とは逆の演算を行うことで、L*a*b*色空間の画素値をRGB色空間の画素値へと逆変換して、RGB色空間の画素値から成る表示画像データ「A」及び「B」を生成する。
In this case, the
なお、パタン表示切替レートが小さくなるほど、残像効果が弱くなって人間の視覚でもパタンが認識され易くなる。そのため、パタン埋込部11が、パタン表示切替レートが小さいほど画素値の変動量が小さい変動方法を選択するように構成すると、好ましい。また、実験等によって人間の視覚では認識し難い画素値の変動方法を予め調べておき、パタン埋込部11が当該変動方法を選択するように構成すると、好ましい。
As the pattern display switching rate decreases, the afterimage effect is weakened and the pattern is more easily recognized by human vision. Therefore, it is preferable that the
また、パタン埋込部11が、原画像データ中の埋込位置Pにおける原画素の画素値に応じた変動方法を選択するようにしてもよい。例えば、パタン埋込部11が、表示画像データ中の埋込位置Pにおける表示画素の画素値(即ち、変動後の画素値)が上限値または下限値を超えないように、原画像データ中の埋込位置Pにおける原画素の画素値(即ち、変動前の画素値)に応じて、変動量や変動方向を決定してもよい。
The
<情報取得装置>
情報取得装置20は、撮像部21と、画像処理部22と、を備える。例えば、撮像部21は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOSイメージセンサなどのイメージセンサを備える。また例えば、画像処理部22は、CPUなどの演算装置や、データを一時的に保持するフレームメモリを備える。なお、撮像部21が備えるイメージセンサは、ローリングシャッタ方式であってもよいし、グローバルシャッタ方式(イメージセンサを構成する全ての撮像画素回路の露光タイミングが同じとなる方式)であってもよい。
<Information acquisition device>
The
撮像部21は、表示画像を表示する表示部12を、所定の撮像フレームレートで順次撮像することで、表示画像を示すデータが含まれる撮像画像データを順次生成する。また、画像処理部22は、撮像部21が順次生成する撮像画像データの異なるフレーム間の差分に基づいて、表示画像中に埋め込まれたパタンを示す出力パタンデータを生成する。
The
ここで、画像処理部22による、撮像画像データのフレーム間の差分に基づいた出力パタンデータの生成方法の概略と当該生成方法における問題とについて、図面を参照してそれぞれ説明する。図3及び図4は、撮像画像データのフレーム間の差分に基づいた出力パタンデータの生成方法の概略である。なお、図3及び図4は、パタン表示切替レートと撮像フレームレートとが一致する場合について示したものである。ただし、図3及び図4では、表示部12による表示画像「A」及び「B」の表示タイミングと、撮像部21の撮像タイミングと、のズレの状態が異なっている。
Here, an outline of a method for generating output pattern data based on a difference between frames of captured image data by the
ところで、実際の撮像画像データには、表示画像以外の被写体が含まれ得る。しかし、以下では説明の簡略化のため、図3及び図4に示す撮像画像データのように、撮像画像データには表示画像以外の被写体が含まれないものとする。また、実際の撮像画像データは、携帯端末等から成る情報取得装置20を把持するユーザの手ぶれやユーザの移動などによって、撮像領域が異なり得る。しかし、撮像タイミングが時間的に近い撮像画像データの間では、この撮像領域の差異が極めて小さく無視することができる。そこで、以下説明する撮像画像データは、図3及び図4に示す撮像画像データと同様に、撮像領域の差異がないものとする。
By the way, actual captured image data may include a subject other than the display image. However, for simplification of description below, it is assumed that the captured image data does not include a subject other than the display image as in the captured image data illustrated in FIGS. 3 and 4. In addition, the actual captured image data may have different imaging areas depending on the shake of the user who holds the
図3では、表示部12による表示画像「A」及び「B」の表示タイミングと、撮像部21の撮像タイミングと、が一致している。この場合、撮像部21は、表示部12が表示画像「A」を表示している期間(表示タイミングが「A」の期間)と一致する露光期間(撮像タイミングが「A」の期間)の撮像によって、表示画像「A」を示す撮像画像データ(以下、撮像画像データ「A」という)を生成する。同様に、撮像部21は、表示部12が表示画像「B」を表示している期間(表示タイミングが「B」の期間)と一致する露光期間(撮像タイミングが「B」の期間)の撮像によって、表示画像「B」を示す撮像画像データ(以下、撮像画像データ「B」という)を生成する。
In FIG. 3, the display timing of the display images “A” and “B” by the
そして、図3では、撮像画像データ「A」及び撮像画像データ「B」のそれぞれに、異なる表示方法で表示されたパタンが含まれる。即ち、撮像画像データ「A」及び撮像画像データ「B」は、パタンの画素値のみが異なるデータとなる。そのため、これらの撮像画像データ「A」及び「B」について、対応する位置毎に画素値の差分を算出すると、パタンが埋め込まれた位置では画素値が異なるために差分の絶対値が0よりも大きくなり、他の位置では差分がおよそ0になる。したがって、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの状態が、図3に示す状態になる場合は、パタンが識別可能である二次元の出力パタンデータが生成される。 In FIG. 3, each of the captured image data “A” and the captured image data “B” includes patterns displayed by different display methods. That is, the captured image data “A” and the captured image data “B” are data that differ only in the pixel value of the pattern. Therefore, for these captured image data “A” and “B”, when the difference in pixel value is calculated for each corresponding position, the absolute value of the difference is greater than 0 because the pixel value is different at the position where the pattern is embedded. The difference becomes approximately 0 at other positions. Accordingly, when the display timing and the imaging timing are shifted from each other as shown in FIG. 3, two-dimensional output pattern data that can identify the pattern is generated.
これに対して、図4では、表示部12による表示画像「A」及び「B」の表示タイミングと、撮像部21の撮像タイミングと、が半周期ずれている。この場合、撮像部21は、前半に表示部12が表示画像「A」を表示する期間があり後半に表示部12が表示画像「B」を表示する期間がある露光期間(撮像タイミングが「A_B」の期間)の撮像によって、表示画像「A」及び「B」を半分ずつ混合(即ち、平均化)した表示画像を示す撮像画像データ(以下、撮像画像データ「A_B」という)を生成する。同様に、撮像部21は、前半に表示部12が表示画像「B」を表示する期間があり後半に表示部12が表示画像「A」を表示する期間がある露光期間(撮像タイミングが「B_A」の期間)の撮像によって、表示画像「B」及び「A」を半分ずつ混合(即ち、平均化)した表示画像を示す撮像画像データ(以下、撮像画像データ「B_A」という)を生成する。
On the other hand, in FIG. 4, the display timing of the display images “A” and “B” by the
上述のように、表示画像「A」及び「B」に含まれるそれぞれのパタンは、人間の視覚上で平均化すると、原画像の埋込位置Pにおける原画素と同様になるように設定されている。そのため、図4における撮像画像データ「A_B」及び「B_A」は、いずれも原画像と同様の画像を示すものとなり、パタンが完全にキャンセルされた撮像画像データとなる。そのため、この撮像画像データ「A_B」及び「B_A」について、対応する位置毎に画素値の差分を算出すると、パタンが埋め込まれた位置であるか否かにかかわらず、全ての位置の差分がおよそ0になる。したがって、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの状態が、図4に示す状態になる場合は、パタンを識別し得ない出力パタンデータが生成されてしまう。 As described above, the patterns included in the display images “A” and “B” are set so as to be the same as the original pixel at the embedding position P of the original image when averaged on human vision. Yes. Therefore, the captured image data “A_B” and “B_A” in FIG. 4 both indicate the same image as the original image, and are captured image data in which the pattern is completely canceled. Therefore, when the difference between pixel values is calculated for each corresponding position for the captured image data “A_B” and “B_A”, the difference between all positions is approximately regardless of whether the pattern is embedded or not. 0. Therefore, when the display timing and the imaging timing are shifted as shown in FIG. 4, output pattern data that cannot identify the pattern is generated.
そして、図3及び図4では、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートが一致しているため、表示タイミング及び撮像タイミングのズレは一様になり、どれだけ時間が経過してもこのズレは維持される。したがって、図3の場合は、パタンが識別可能である出力パタンデータが継続的に生成されるが、図4の場合は、パタンを識別し得ない出力パタンデータが継続的に生成されてしまう。 3 and 4, since the pattern display switching rate and the imaging frame rate are the same, the display timing and the imaging timing are uniform, and this deviation is maintained no matter how much time elapses. The Therefore, in the case of FIG. 3, output pattern data whose pattern can be identified is continuously generated, but in the case of FIG. 4, output pattern data that cannot identify the pattern is continuously generated.
図4に示したような事態が生じることを避ける1つの方法として、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの状態が、必ず図3に示した状態となるように、表示部12及び撮像部21の動作を同期させることが考えられる。しかし、上述のように、表示部12と撮像部21の動作を同期させる構成を採用すると、情報伝達システム1の構成の大規模化や、複数の情報提供装置10に埋め込まれたパタンを1つの情報取得装置20で識別することができないなどの別の問題が生じるため、表示部12及び撮像部21の動作は非同期である方が好ましい。
As one method for avoiding the situation shown in FIG. 4, the operations of the
そこで、本発明の実施形態に係る情報伝達システム1では、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートの間に、敢えて所定の差を設けることで、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向に対して変動させている(詳細は後述)。
Therefore, in the
これにより、図4に示したようなパタンを識別し得ない出力パタンデータが継続的に生成される事態を避けて、少なくともパタンを識別し得る出力パタンデータを生成することが可能になる。したがって、表示部12及び撮像部21の動作が非同期であっても、パタンを識別し得る出力パタンデータを生成することが可能になる。
Accordingly, it is possible to avoid the situation in which output pattern data that cannot identify a pattern as shown in FIG. 4 is continuously generated, and to generate output pattern data that can at least identify a pattern. Therefore, even if the operations of the
なお、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートの間に差を設けて、表示タイミング及び撮像タイミングのズレが時間方向に対して変動するように構成すると、表示タイミング及び撮像タイミングのズレが、周期的に変動する。この周期的な変動が『うなり』であり、詳細については後述するが、本発明の実施形態に係る情報伝達システム1では、この『うなり』が生じるようなパタン表示切替レート及び撮像フレームレートを選択する。
In addition, if a difference is provided between the pattern display switching rate and the imaging frame rate so that the display timing and the imaging timing are shifted with respect to the time direction, the display timing and the imaging timing are periodically shifted. fluctuate. This periodic fluctuation is “beat”, and details will be described later. In the
[パタン表示切替レート及び撮像フレームレートの具体例]
パタンを識別し得る出力パタンデータを得るための、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートの具体例について、図面を参照して説明する。図5は、撮像フレームレートとうなりの周波数との関係を示すグラフである。なお、図5は、パタン表示切替レートが60fpsであり、表示部12が表示画像「A」及び「B」の2種類を交互に切り替える場合のグラフである。また、以下では、撮像部21の露光期間が、パタン表示切替レートの逆数であるパタンの切替周期と等しい大きさであるものとする。
[Specific examples of pattern display switching rate and imaging frame rate]
Specific examples of a pattern display switching rate and an imaging frame rate for obtaining output pattern data that can identify a pattern will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the imaging frame rate and the beat frequency. FIG. 5 is a graph in the case where the pattern display switching rate is 60 fps and the
図5に示すように、表示部12が表示画像「A」及び「B」の2種類を交互に切り替える場合、撮像フレームレートSRが60/2nであるときに(nは0以上の整数、以下同じ)、うなりの周波数Qが0回/sになる。なお、この関係を、パタン表示切替レートをDR、パタンの表示方法の種類をk種類(kは2以上の整数、以下同じ)として一般化すると、『撮像フレームレートSRがDR/knであるときに、うなりの周波数Qが0回/sになる』と表現され得る。
As shown in FIG. 5, when the
また、図5に示すように、うなりの周波数Qは、撮像フレームレートをSRとすると、SR−60/2n+1及び60/2n−SRの小さい方の値(ただし、60/2n+1≦SR≦60/2n)になる。なお、この関係を、パタン表示切替レートをDR、パタンの表示方法の種類をk種類として一般化すると、『うなりの周波数Qは、SR−DR/kn+1及びDR/kn−SRの小さい方の値(ただし、DR/kn+1≦SR≦DR/kn)になる』と表現され得る。 Further, as shown in FIG. 5, the beat frequency Q, when the imaging frame rate and S R, the smaller the value of S R -60/2 n + 1 and 60/2 n -S R (provided that 60/2 n + 1 ≦ S R ≦ 60/2 n ). Incidentally, this relationship, the pattern display switching rates D R, Generalizing type of display method of pattern as k type, "beat frequency Q is, S R -D R / k n + 1 and D R / k n - smaller values of S R (provided that, D R / k n + 1 ≦ S R ≦ D R / k n) becomes "and may be expressed.
ここで、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートをうなりが生じない大きさにした場合について、図面を参照して説明する。図6及び図7は、撮像フレームレートがパタン表示切替レートの1/2n倍である場合のタイミング図である。なお、図6及び図7は、パタン表示切替レートが60fpsであり、撮像フレームレートが60fps、30fps、15fps、7.5fpsのそれぞれである場合について例示した図である。また、図6及び図7に示す撮像フレームレートが60fpsの場合とは、図3及び図4に示したようにパタン表示切替レート及び撮像フレームレートが一致する場合である。 Here, a case where the pattern display switching rate and the imaging frame rate are set to a size that does not cause a beat will be described with reference to the drawings. 6 and 7 are timing diagrams when the imaging frame rate is ½ n times the pattern display switching rate. 6 and 7 are diagrams exemplifying cases where the pattern display switching rate is 60 fps and the imaging frame rates are 60 fps, 30 fps, 15 fps, and 7.5 fps, respectively. Further, the case where the imaging frame rate shown in FIGS. 6 and 7 is 60 fps is a case where the pattern display switching rate and the imaging frame rate match as shown in FIGS. 3 and 4.
図6及び図7に示すように、うなりの周波数が0回/sである場合、表示タイミング及び撮像タイミングのズレは、図3及び図4と同様に一様である。具体的に、図6では、図3と同様に、表示タイミングと撮像タイミングとが常に一致する。一方、図7では、図4と同様に、表示タイミングと撮像タイミングとが常に半周期ずれる。 As shown in FIGS. 6 and 7, when the beat frequency is 0 times / s, the display timing and imaging timing shift is uniform as in FIGS. 3 and 4. Specifically, in FIG. 6, as in FIG. 3, the display timing and the imaging timing always coincide. On the other hand, in FIG. 7, as in FIG. 4, the display timing and the imaging timing are always shifted by a half cycle.
このように、うなりの周波数が0回/sである場合は、図4及び図7に示したように、パタンを識別し得ない出力パタンデータが継続的に生成される事態が生じ得る。 As described above, when the beat frequency is 0 times / s, as shown in FIGS. 4 and 7, there may occur a situation in which output pattern data that cannot identify the pattern is continuously generated.
ところで、図6及び図7に示すように、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートが、うなりが生じない大きさである場合、撮像部21の露光期間を長くしたり短くしたりしても、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向に対して変動させることはできない。したがって、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向に対して変動させるためには、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートの選択方法が重要となる。
By the way, as shown in FIGS. 6 and 7, when the pattern display switching rate and the imaging frame rate are large enough not to cause a beat, the display can be performed even if the exposure period of the
次に、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートをうなりが生じる大きさにした場合について、図面を参照して説明する。図8は、撮像フレームレートがパタン表示切替レートの3/4倍である場合に得られる撮像画像データについて示す図である。なお、図8は、パタン表示切替レートが60fps、撮像フレームレートが45fpsであり、うなりの周波数が15回/sである場合について例示した図である。また、図8では、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの状態が異なる3つの例を、並べて示している。 Next, a case where the pattern display switching rate and the imaging frame rate are set to a size that causes a beat will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a diagram illustrating captured image data obtained when the imaging frame rate is 3/4 times the pattern display switching rate. FIG. 8 is a diagram illustrating a case where the pattern display switching rate is 60 fps, the imaging frame rate is 45 fps, and the beat frequency is 15 times / s. In FIG. 8, three examples in which the display timing and the imaging timing are different from each other are shown side by side.
図8に示すように、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートをうなりが生じる大きさにすると、表示タイミング及び撮像タイミングのズレが時間方向に対して変動するため、一様ではなくなる。具体的には、図8に示すように、うなりの周波数が15回/sの場合、その逆数である1/15秒の周期内において、表示タイミング及び撮像タイミングのズレが変動する。 As shown in FIG. 8, when the pattern display switching rate and the imaging frame rate are set to be large, the shift in display timing and imaging timing varies with respect to the time direction, which is not uniform. Specifically, as shown in FIG. 8, when the beat frequency is 15 times / s, the display timing and imaging timing shift fluctuate within a 1/15 second period that is the reciprocal of the beat frequency.
例えば、図8の例1に示すように、撮像タイミング「F11」では、露光期間の全体において表示画像「A」が表示される。また、撮像タイミング「F11」の次の撮像タイミング「F12」では、露光期間の前7割程度に表示画像「B」が表示され、後3割程度に表示画像「A」が表示される。また、撮像タイミング「F12」の次の撮像タイミング「F13」では、露光期間の前3割程度に表示画像「A」が表示され、後7割程度に表示画像「B」が表示される。なお、図8の例2及び例3も、例1と同様に、1/15秒の周期内において、表示タイミング及び撮像タイミングのズレが変動する(ただし、ズレの状態は例1と異なる)。また、以下では、撮像タイミング「F11」〜「F13」,「F21」〜「F23」,「F31」〜「F33」の撮像によって得られたそれぞれの撮像画像データについても、「F11」〜「F13」,「F21」〜「F23」,「F31」〜「F33」と称する。 For example, as shown in Example 1 of FIG. 8, at the imaging timing “F11”, the display image “A” is displayed over the entire exposure period. At the next imaging timing “F12” after the imaging timing “F11”, the display image “B” is displayed about 70% before the exposure period, and the display image “A” is displayed about 30% after the exposure period. At the next imaging timing “F13” after the imaging timing “F12”, the display image “A” is displayed about 30% before the exposure period, and the display image “B” is displayed about 70% after the exposure period. In Example 2 and Example 3 in FIG. 8, as in Example 1, the display timing and imaging timing shift fluctuates within a period of 1/15 seconds (however, the shift state is different from Example 1). In the following description, the captured image data obtained by imaging at the imaging timings “F11” to “F13”, “F21” to “F23”, and “F31” to “F33” are also “F11” to “F13”. ”,“ F21 ”to“ F23 ”, and“ F31 ”to“ F33 ”.
図8の例1に示すように、撮像タイミング「F13」の次の撮像タイミングでは、露光期間の全体において表示画像「A」が表示されるものとなっており、撮像タイミング「F11」に戻っている。即ち、図8の例1では、3フレーム分の撮像タイミング「F11」〜「F13」が、うなりの周波数である15回/sで繰り返されることになる。なお、図8の例2及び例3も、例1と同様に、3フレーム分の撮像タイミング「F21」〜「F23」,「F31」〜「F33」が、うなりの周波数である15回/sで繰り返されることになる。また、この関係を、撮像フレームレートをSR、うなりの周波数をQとして一般化すると、『SR/Qフレーム分の撮像タイミングが、うなりの周波数Qで繰り返される』と表現され得る。 As shown in Example 1 of FIG. 8, at the next imaging timing after the imaging timing “F13”, the display image “A” is displayed over the entire exposure period, and the display returns to the imaging timing “F11”. Yes. That is, in Example 1 of FIG. 8, the imaging timings “F11” to “F13” for three frames are repeated at the beat frequency of 15 times / s. In Example 2 and Example 3 in FIG. 8, as in Example 1, the imaging timings “F21” to “F23” and “F31” to “F33” for three frames are 15 times / s, which is the beat frequency. Will be repeated. Further, when this relationship is generalized with the imaging frame rate as S R and the beat frequency as Q, it can be expressed as “the imaging timing for S R / Q frames is repeated at the beat frequency Q”.
このように、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートをうなりが生じる大きさにすると、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向に対して変動させることが可能となる。そのため、図4及び図7に示した撮像画像データ「A_B」及び「B_A」のような、パタンが完全にキャンセルされた撮像画像データのみが継続的に生成されることが避けられる。したがって、画像処理部22は、パタンが完全にはキャンセルされない撮像画像データのフレーム間の差分に基づいて、パタンを識別し得る出力パタンデータを生成することが可能になる。
As described above, when the pattern display switching rate and the imaging frame rate are large enough to generate a beat, it is possible to vary the shift between the display timing and the imaging timing with respect to the time direction. Therefore, it is possible to avoid continuously generating only captured image data in which the pattern is completely canceled, such as the captured image data “A_B” and “B_A” illustrated in FIGS. 4 and 7. Therefore, the
なお、図8では、表示タイミング及び撮像タイミングのズレについて、例1における撮像タイミング「F11」〜「F13」、例2における撮像タイミング「F21」〜「F23」、例3における撮像タイミング「F31」〜「F33」のそれぞれが繰り返し単位となるかのように図示しているが、これは、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの周期性について説明する便宜のために過ぎない。当然であるが、図8に示す例において、連続する3フレーム分の撮像タイミングであれば、どのように選択してもズレの繰り返し単位となる。具体的に例えば、図8の例1における撮像タイミング「F12」、「F13」、「F11」もズレの繰り返し単位となるし、撮像タイミング「F13」、「F11」、「F12」もズレの繰り返し単位となる。 In FIG. 8, regarding the shift between the display timing and the imaging timing, the imaging timings “F11” to “F13” in Example 1, the imaging timings “F21” to “F23” in Example 2, and the imaging timings “F31” in Example 3 to Although each of “F33” is illustrated as a repeating unit, this is merely for the convenience of explaining the periodicity of the shift of the display timing and the imaging timing. As a matter of course, in the example shown in FIG. 8, if it is an imaging timing for three consecutive frames, it becomes a repeating unit of deviation no matter how it is selected. Specifically, for example, the imaging timings “F12”, “F13”, and “F11” in Example 1 of FIG. 8 are also a unit for repeating the deviation, and the imaging timings “F13”, “F11”, and “F12” are also the repetition of the deviation. Unit.
[出力パタンデータの生成方法の具体例]
次に、図8に例示した場合(パタン表示切替レート:60fps、撮像フレームレート:45fps)に得られる撮像画像データを用いた、画像処理部22による出力パタンデータの生成方法の具体例について、図面を参照して説明する。図9及び図10は、画像処理部による出力パタンデータの生成方法の具体例について示す図である。なお、図9及び図10に例示する出力パタンデータの生成方法は、原画像中の埋込位置における原画素の色度を変動させてパタンとした表示画像の撮像によって得られる撮像画像データを用いて、出力パタンデータを生成するものである。
[Specific example of generation method of output pattern data]
Next, a specific example of a method for generating output pattern data by the
図9及び図10に示す出力パタンデータの生成方法では、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの繰り返し単位となるフレーム数(SR/Q:以下、繰り返し単位フレーム数という)が3であるため、連続する3フレーム分の撮像画像データF1〜F3を用いる。具体的に例えば、図8の例1の場合、撮像画像データF1〜F3として、撮像画像データ「F11」、「F12」、「F13」を用いてもよいし、撮像画像データ「F12」、「F13」、「F11」を用いてもよいし、撮像画像データ「F13」、「F11」、「F12」を用いてもよい。 In the method for generating output pattern data shown in FIGS. 9 and 10, since the number of frames (S R / Q: hereinafter referred to as the number of repeating unit frames) that is a repetition unit of the display timing and the imaging timing is 3, it is continuous. The captured image data F1 to F3 for three frames are used. Specifically, for example, in the case of Example 1 in FIG. 8, the captured image data “F11”, “F12”, and “F13” may be used as the captured image data F1 to F3, or the captured image data “F12” and “F13” may be used. F13 "and" F11 "may be used, and captured image data" F13 "," F11 ", and" F12 "may be used.
本例の出力パタンデータの生成方法では、画像処理部22が、撮像画像データF1〜F3について、L*a*b*色空間の画素値の中で色度を表すa*及びb*の値を対象とした演算を行う。これは、パタンが原画像中の色度を変動させたものである場合、色度を表すa*及びb*の値を対象とした演算を行うことで、パタンを精度良く抽出することができるからである。
In the output pattern data generation method of this example, the
最初に、画像処理部22は、必要に応じて上記式(1)〜(3)の演算を行うことで、撮像画像データF1〜F3の位置毎におけるa*の値であるF1(a*)〜F3(a*)と、撮像画像データF1〜F3の位置毎におけるb*の値であるF1(b*)〜F3(b*)と、をそれぞれ算出する。
First, the
次に、画像処理部22は、撮像画像データF1〜F3について、異なるフレーム間の位置毎の差分を算出する。具体的に、画像処理部22は、a*及びb*のそれぞれについて、3つの撮像画像データF1〜F3の全ての組み合わせ(F1とF2、F2とF3、F3とF1の3通り)についてフレーム間の位置毎の差分を算出する。これにより、画像処理部22は、a*の差分として、撮像画像データF1及びF2の位置毎の差分|F1(a*)−F2(a*)|と、撮像画像データF2及びF3の位置毎の差分|F2(a*)−F3(a*)|と、撮像画像データF3及びF1の位置毎の差分|F3(a*)−F1(a*)|と、をそれぞれ算出する。また同様に、画像処理部22は、b*の差分として、撮像画像データF1及びF2の位置毎の差分|F1(b*)−F2(b*)|と、撮像画像データF2及びF3の位置毎の差分|F2(b*)−F3(b*)|と、撮像画像データF3及びF1の位置毎の差分|F3(b*)−F1(b*)|と、をそれぞれ算出する。
Next, the
図3及び図4を参照して説明したように、パタンが埋め込まれていない位置の差分はおよそ0になるが、パタンが埋め込まれた位置の差分は、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの状態に応じて様々な値を取り得る。ただし、撮像画像データF1〜F3は、表示タイミング及び撮像タイミングのズレが時間方向に対して変動するため、図4に示したようなパタンが完全にキャンセルされた撮像画像データのみで構成されることはない(図8参照)。そのため、本例の出力パタンデータの生成方法では、3種類の差分の算出結果のうち少なくとも1つにおいて、パタンが埋め込まれた位置の差分の絶対値を0よりも大きくすることが可能になる。 As described with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the difference in the position where the pattern is not embedded is approximately 0, but the difference in the position where the pattern is embedded is in a state of deviation between the display timing and the imaging timing. Various values can be taken depending on the case. However, the captured image data F1 to F3 includes only captured image data in which the pattern as shown in FIG. 4 is completely canceled because the display timing and the shift in the imaging timing vary with respect to the time direction. There is no (see FIG. 8). For this reason, in the output pattern data generation method of this example, the absolute value of the difference in the position where the pattern is embedded can be made larger than 0 in at least one of the three types of difference calculation results.
このように、本例の出力パタンデータの生成方法では、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの繰り返し単位フレーム数(SR/Q、本例では3)以上の撮像画像データを用いて、フレーム間の差分が算出される。即ち、表示タイミング及び撮像タイミングのズレが異なる全種類の撮像画像データを用いて、フレーム間の差分が算出される。さらに、本例の出力パタンデータの生成方法では、撮像画像データF1〜F3の全ての組み合わせについて、フレーム間の差分が算出される。したがって、算出される撮像画像データF1〜F3のフレーム間の差分の中に、パタンが埋め込まれた位置の差分の絶対値が0よりも十分に大きくなるものが含まれる可能性を、高くすることが可能になる。 As described above, in the method for generating output pattern data of this example, using the captured image data having the number of repetitive unit frames (S R / Q, 3 in this example) of the display timing and the imaging timing shift, The difference is calculated. That is, the difference between frames is calculated using all types of captured image data with different display timing and imaging timing. Furthermore, in the output pattern data generation method of this example, the difference between frames is calculated for all combinations of the captured image data F1 to F3. Therefore, the possibility that the calculated difference between the frames of the captured image data F1 to F3 includes a case where the absolute value of the difference between the positions where the patterns are embedded is sufficiently larger than 0 is increased. Is possible.
次に、画像処理部22は、色度値a*及びb*毎に、算出した差分の位置毎における合計値を算出する。これにより、画像処理部22は、色度値a*について、差分の位置毎における合計値SUM(a*)=|F1(a*)−F2(a*)|+|F2(a*)−F3(a*)|+|F3(a*)−F1(a*)|を算出する。同様に、画像処理部22は、色度値b*について、差分の位置毎における合計値SUM(b*)=|F1(b*)−F2(b*)|+|F2(b*)−F3(b*)|+|F3(b*)−F1(b*)|を算出する。
Next, the
このように、撮像画像データF1〜F3のフレーム間の差分の算出結果を合計すると、仮に、パタンが埋め込まれた位置の差分の絶対値が3種類の差分において全体的に小さかったとしても、パタンが識別可能となる程度まで、パタンが埋め込まれていない位置における差分とパタンが埋め込まれている位置における差分との差を拡大することが可能になる。 As described above, when the calculation results of the differences between the frames of the captured image data F1 to F3 are summed, even if the absolute value of the difference between the positions where the patterns are embedded is small overall in the three types of differences, It is possible to enlarge the difference between the difference at the position where the pattern is not embedded and the difference at the position where the pattern is embedded, to the extent that can be identified.
次に、画像処理部22は、差分の位置毎における合計値SUM(a*)及びSUM(b*)を成分とする位置毎のベクトルについて、当該ベクトルの大きさに対応した評価値POWを算出する。例えば、画像処理部22は、位置毎の合計値SUM(a*)及びSUM(b*)の2乗和を、位置毎の評価値POWとして算出する。
Next, the
そして、画像処理部22は、例えば、位置毎の評価値POWについて、所定の閾値以上であれば1,当該閾値未満であれば0とする二値化を行うことで、出力パタンデータを生成する。なお、このようにして生成される出力パタンデータは、パタンを1で表し、パタン以外を0で表したデータとなる。
Then, for example, the
以上のように、本発明の実施形態に係る情報取得システム1は、撮像画像データの異なるフレーム間の差分に基づいて出力パタンデータを生成するため、表示部12及び撮像部21の動作の同期を不要とした簡易な構成であっても、表示画像の内容や表示画像中の情報を埋め込む位置を制限することなく、当該表示画像中に埋め込まれた情報を取得することが可能になる。
As described above, the
さらに、本発明の実施形態に係る情報取得システム1は、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートをうなりが生じる大きさにすることで、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向に対して変動させるため、パタンが完全にキャンセルされた撮像画像データのみが生成されることが避けられ、パタンが識別可能である出力パタンデータを生成することが可能になる。
Furthermore, the
なお、画像処理部22に対して撮像画像データが順次入力され、画像処理部22が出力パタンデータを順次生成する場合、画像処理部22が、直近に入力された3フレーム分の撮像画像データを用いて、出力パタンデータを生成してもよい。
Note that when captured image data is sequentially input to the
例えば、図8の例1に示す撮像タイミングで撮像された撮像画像データが画像処理部22に対して順次入力される場合、画像処理部22が、撮像画像データ「F11」、「F12」、「F13」を用いて出力パタンデータを生成し、その次に、前回の演算で使用した撮像画像データ「F12」及び「F13」と新たに入力された撮像画像データ「F11」とを用いて出力パタンデータを生成し、さらにその次に、前回の演算で使用した撮像画像データ「F13」及び「F11」と新たに入力された撮像画像データ「F12」とを用いて出力パタンデータを生成してもよい。
For example, when the captured image data captured at the imaging timing shown in Example 1 of FIG. 8 is sequentially input to the
このように出力パタンデータを生成すると、新たな撮像画像データが入力される都度、新たな出力パタンデータを生成することが可能になるため、出力パタンデータの生成密度を高めるとともに、出力パタンデータの生成のリアルタイム性を向上することが可能になる。 When the output pattern data is generated in this way, it is possible to generate new output pattern data each time new captured image data is input. Therefore, the generation density of the output pattern data is increased, and the output pattern data It is possible to improve the real-time property of generation.
また、上記のように、画像処理部22に対して撮像画像データが順次入力され、画像処理部22が出力パタンデータを順次生成する場合、画像処理部22が、撮像画像データの連続するフレーム間の差分のみを算出してもよい。
In addition, as described above, when captured image data is sequentially input to the
例えば、図8の例1に示す撮像タイミングで撮像された撮像画像データが画像処理部22に対して順次入力される場合であって、第1「F11」、第1「F12」、第1「F13」、第2「F11」、第2「F12」、第2「F13」の順番で撮像画像データが順次入力される場合について想定する。このとき、画像処理部22が、第1「F11」及び第1「F12」、第1「F12」及び第1「F13」、第1「F13」及び第2「F11」のそれぞれの差分を用いて出力パタンデータを生成し、その次に、第1「F12」及び第1「F13」、第1「F13」及び第2「F11」、第2「F11」及び第2「F12」のそれぞれの差分を用いて出力パタンデータを生成し、さらにその次に、第1「F13」及び第2「F11」、第2「F11」及び第2「F12」、第2「F12」及び第2「F13」のそれぞれの差分を用いて出力パタンデータを生成してもよい。
For example, in the case where captured image data captured at the imaging timing illustrated in Example 1 of FIG. 8 is sequentially input to the
この場合、直前の演算で用いた2つの差分を、次の演算に流用することができる。そのため、画像処理部22が備えるフレームメモリの簡素化を図るとともに、画像処理部22の演算量を低減することが可能になる。
In this case, the two differences used in the immediately preceding calculation can be used for the next calculation. Therefore, it is possible to simplify the frame memory included in the
ただし、この場合、連続する4フレーム分の撮像画像データを用いて差分を算出することになる。そのため、撮像画像データの変動(例えば、情報取得装置20を把持するユーザの手ぶれやユーザの移動などによる撮像領域の変動)の影響が大きくなり易い。したがって、連続する4フレーム分の撮像画像データを用いて差分を算出する場合は、上述したような連続する3フレーム分の撮像画像データを用いて差分を算出する場合と比較して、出力パタンデータの信頼性が低下し得る。
However, in this case, the difference is calculated using captured image data for four consecutive frames. For this reason, the influence of fluctuations in the captured image data (for example, fluctuations in the imaging region due to shaking of the user holding the
<<変形等>>
[1] 図8〜図10では、パタン表示切替レートが60fpsであるときに、うなりの周波数が最大となる撮像フレームレート(45fps)を選択した場合における出力パタンデータの生成方法について説明したが、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートは、必ずしもうなりの周波数を最大とするものでなくてもよい。
<< Deformation, etc. >>
[1] In FIGS. 8 to 10, the method of generating output pattern data when the imaging frame rate (45 fps) that maximizes the beat frequency is selected when the pattern display switching rate is 60 fps has been described. The pattern display switching rate and the imaging frame rate do not necessarily need to maximize the beat frequency.
ここで、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートの組み合わせを、図8〜図10に示した場合とは異なるものとした場合における表示タイミング及び撮像タイミングについて、図面を参照して説明する。図11は、撮像フレームレートがパタン表示切替レートの2/3倍である場合のタイミング図である。なお、図11は、パタン表示切替レートが60fps、撮像フレームレートが40fpsであり、うなりの周波数が10回/sである場合について例示した図である。また、図11では、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの状態が異なる2つの例を、並べて示している。 Here, display timing and imaging timing when the combination of the pattern display switching rate and the imaging frame rate is different from those shown in FIGS. 8 to 10 will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a timing chart when the imaging frame rate is 2/3 times the pattern display switching rate. FIG. 11 is a diagram illustrating a case where the pattern display switching rate is 60 fps, the imaging frame rate is 40 fps, and the beat frequency is 10 times / s. In FIG. 11, two examples in which the display timing and the imaging timing are different from each other are shown side by side.
図11に示すように、うなりの周波数が10回/sとなるようにすると、その逆数である1/10秒の周期内において、表示タイミング及び撮像タイミングのズレが異なる。この場合、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの繰り返し単位フレーム数(SR/Q)は4となるが、表示タイミング及び撮像タイミングのズレが異なることについては、図8に示した例と変わらない。 As shown in FIG. 11, when the beat frequency is set to 10 times / s, the display timing and the imaging timing are different from each other within a period of 1/10 seconds that is the reciprocal of the beat frequency. In this case, the number of repetitive unit frames (S R / Q) of the display timing and imaging timing difference is 4, but the difference between the display timing and imaging timing is the same as the example shown in FIG.
したがって、図8〜図10の場合と同様に、図11に示す場合についても、出力パタンデータを生成することが可能である。なお、この場合、図9及び図10に示したように連続する3フレーム分の撮像画像データを用いて出力パタンデータを生成してもよいし、連続する4フレーム分の撮像画像データを用いて出力パタンデータを生成してもよい。 Therefore, similarly to the case of FIGS. 8 to 10, the output pattern data can be generated also in the case shown in FIG. In this case, as shown in FIGS. 9 and 10, output pattern data may be generated using captured image data for three consecutive frames, or using captured image data for four consecutive frames. Output pattern data may be generated.
なお、図11に示すように、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの繰り返し単位フレーム数を偶数(本例では4)にすると、ズレの対称性が高くなる。そのため、図11の例2に示すように、露光期間中に表示画像「A」及び「B」のそれぞれが表示されて生成される撮像画像データにおける表示画像「A」及び「B」の混合比が、順次生成される撮像画像データの全体にわたって一様になり、パタンが埋め込まれた位置の差分の絶対値が全体的に小さくなることが生じ得る。このことを避ける観点から、図8〜図10に示したように、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの繰り返し単位フレーム数が奇数(図8の例では3)になるようにすると、好ましい。 As shown in FIG. 11, when the number of repetitive unit frames of display timing and imaging timing is set to an even number (4 in this example), the symmetry of the shift becomes high. Therefore, as shown in Example 2 of FIG. 11, the mixture ratio of the display images “A” and “B” in the captured image data generated by displaying each of the display images “A” and “B” during the exposure period. However, it may be uniform throughout the captured image data sequentially generated, and the absolute value of the difference between the positions where the patterns are embedded may be reduced as a whole. From the viewpoint of avoiding this, as shown in FIGS. 8 to 10, it is preferable that the number of repetitive unit frames of display timing and imaging timing shift is an odd number (3 in the example of FIG. 8).
また、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの繰り返し単位フレーム数(SR/Q)以上の撮像画像データを用いてフレーム間の差分を算出する場合、うなりの周波数Qを大きくするほど、差分を算出するために用いる撮像画像データを少なくすることが可能になる。特に、うなりの周波数Qを最大にすることで、差分を算出するために用いる撮像画像データの数を最小にすることが可能になる。そして、差分を算出するために用いる撮像画像データを少なくすることで、撮像画像データの変動(例えば、情報取得装置20を把持するユーザの手ぶれやユーザの移動などによる撮像領域の変動)の影響を小さくすることができるため、出力パタンデータの信頼性を向上することが可能となる。 Further, when the difference between frames is calculated using captured image data that is equal to or greater than the number of repetitive unit frames (S R / Q) between the display timing and the imaging timing, the difference is calculated as the beat frequency Q is increased. Therefore, it is possible to reduce captured image data used for this purpose. In particular, by maximizing the beat frequency Q, it is possible to minimize the number of captured image data used for calculating the difference. Then, by reducing the captured image data used to calculate the difference, the influence of fluctuations in the captured image data (for example, fluctuations in the imaging region due to camera shake or movement of the user holding the information acquisition device 20) is reduced. Since it can be reduced, the reliability of the output pattern data can be improved.
[2] 上述の実施形態では、主としてパタンの表示方法(原画像データ中の原画素の画素値の変動方法)が2種類である場合について例示しているが、3種類以上であってもよい。ここで、パタンの表示方法が3種類である場合について、図面を参照して説明する。図12は、パタンの表示方法が3種類である場合のタイミング図である。なお、図12は、パタン表示切替レートが60fps、撮像フレームレートが40fpsであり、うなりの周波数が20回/sである場合について例示した図である。また、図12では、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの状態が異なる2つの例を、並べて示している。 [2] In the above-described embodiment, the case where there are mainly two types of pattern display methods (the method of changing the pixel value of the original pixel in the original image data) is illustrated, but there may be three or more types. . Here, the case where there are three types of pattern display methods will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a timing chart when there are three types of pattern display methods. FIG. 12 is a diagram illustrating a case where the pattern display switching rate is 60 fps, the imaging frame rate is 40 fps, and the beat frequency is 20 times / s. In FIG. 12, two examples in which the display timing and the imaging timing are different from each other are shown side by side.
図12に示すように、パタンの表示方法が3種類(さらには、それ以上)であっても、パタンの表示方法が2種類である場合と同様に、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向に対して変動させることが可能である。 As shown in FIG. 12, even when there are three (or more) pattern display methods, the display timing and the imaging timing are shifted in the time direction as in the case where there are two pattern display methods. It is possible to vary.
[3] 上述の実施形態では、主として原画像が静止画である場合について例示しているが、原画像は動画であってもよい。原画像が動画であっても、時間的に近い数フレームではそれほど差異がないため、上述したような撮像画像データのフレーム間の差分に基づいた出力パタンデータの生成が可能である。 [3] In the above-described embodiment, the case where the original image is a still image is mainly illustrated, but the original image may be a moving image. Even if the original image is a moving image, there is not much difference in several frames that are close in time, and therefore output pattern data can be generated based on the difference between frames of the captured image data as described above.
ただし、原画像が動画である場合、パタンを埋め込んでいない位置の差分が大きくなり易い。そのため、出力パタンデータにおいてパタンが識別し難くなる。そこで、出力パタンデータにおいてパタンを識別し易くするために、出力パタンデータを生成する際に用いる撮像画像データの数やフレーム間の差分を算出するための撮像画像データの組み合わせの数を増やしてもよいし、順次生成される出力パタンデータを蓄積して合成する(例えば、論理積を求める)などしてもよい。 However, when the original image is a moving image, the difference between positions where patterns are not embedded tends to increase. Therefore, it becomes difficult to identify the pattern in the output pattern data. Therefore, in order to make it easy to identify the pattern in the output pattern data, the number of captured image data used for generating the output pattern data and the number of combinations of captured image data for calculating the difference between frames may be increased. Alternatively, sequentially generated output pattern data may be accumulated and synthesized (for example, a logical product is obtained).
[4] 表示部12が備える表示装置や撮像部21が備えるイメージセンサの仕様(例えば、表示画素回路や撮像画素回路の数や配置、駆動方法)などの影響により、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートの少なくとも一方が、目標とする大きさとは僅かに異なることがある。しかし、上述のように、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向対して変動させることさえできれば、パタンを識別可能な出力パタンデータを生成することができる。そのため、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートは、目標とする大きさに対して、必ずしも厳密に一致させなくてもよい。
[4] The pattern display switching rate and the imaging frame due to the influence of the specifications of the display device included in the
[5] 上述の実施形態では、主として撮像フレームレートをパタン表示切替フレームレートよりも小さくしてうなりを生じさせる場合について例示しているが、撮像フレームレートをパタン表示切替フレームレートよりも大きくしてうなりを生じさせてもよい。 [5] In the above-described embodiment, the case where the image pickup frame rate is made lower than the pattern display switching frame rate to generate beat is exemplified, but the image pickup frame rate is set higher than the pattern display switching frame rate. It may cause a beat.
ただし、この場合、撮像部21の露光期間が、表示部12が1つの表示画像を表示する期間よりも短くなる。そのため、表示部12が三板式のプロジェクタ(1つの表示画像を投影する際に、赤、緑、青の各画像を順に投影するプロジェクタ)を備える場合や、撮像部21がローリングシャッタ方式のイメージセンサを備える場合は、完全な表示画像を撮像した撮像画像データが得られず、信頼性の高い出力パタンデータが得られない可能性がある。したがって、少なくともこれらの構成を採用する場合は、撮像フレームレートをパタン表示切替フレームレートよりも小さくすると、好ましい。
However, in this case, the exposure period of the
[6] 上述の実施形態と同様に、撮像フレームレートをパタン表示切替フレームレートよりも小さくしてうなりを生じさせる場合、撮像部21の露光期間を、撮像タイミングが重複しない限度まで長くすることが可能である。
[6] Similar to the above-described embodiment, when the image pickup frame rate is made smaller than the pattern display switching frame rate to generate beat, the exposure period of the
ただし、撮像部21の露光期間を、パタン表示切替レートの逆数であるパタンの切替周期よりも長くすると、露光期間に複数の表示画像が表示される。そのため、表示画像が過度に混合されてパタンが大幅にキャンセルされた撮像画像データが生成される可能性が高くなる。
However, if the exposure period of the
また、これとは逆に、撮像部21の露光期間をパタンの切替周期よりも短くすると、[5]で述べたように、三板式のプロジェクタやローリングシャッタ方式のイメージセンサを使用し難くなる。
On the contrary, if the exposure period of the
したがって、撮像部21の露光期間を、パタン表示切替レートの逆数であるパタンの切替周期と等しい大きさとなるように設定すると、表示画像が過度に混合されてパタンが大幅にキャンセルされた撮像画像データが生成される可能性を低くすることが可能になるとともに、様々な種類の表示装置やイメージセンサを使用することが可能になる。
Accordingly, when the exposure period of the
[7] パタン表示切替レート及び撮像フレームレートに差を設ける際に、表示部12を構成する表示装置を制御してパタン表示切替レートを変更してもよいし、撮像部21を構成するイメージセンサを制御して撮像フレームレートを変更してもよいし、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートの双方を変更してもよい。ただし、情報提供装置10及び情報取得装置20の動作を可能な限り阻害しないような変更方法を採用すると、好ましい。
[7] When a difference is provided between the pattern display switching rate and the imaging frame rate, the display device constituting the
例えば、表示部12を構成する表示装置の表示フレームレート(パタン表示切替レート)が、業界標準で所定の大きさ(例えば、60fps)に固定されている場合、情報取得装置20が、パタンを取得するための動作モードに遷移する際に、撮像部21を構成するイメージセンサの撮像フレームレートが所定の大きさ(例えば、45fps)となるように制御してもよい。
For example, when the display frame rate (pattern display switching rate) of the display device constituting the
また、撮像部21を構成するイメージセンサを制御して撮像フレームレートを変更する場合、情報取得装置20が、撮像フレームレートを動的に変更してもよい。
In addition, when the imaging frame rate is changed by controlling the image sensor that configures the
例えば、情報取得装置20が、パタンを取得するための動作モードに遷移すると、最初に、撮像フレームレートが所定の大きさ(例えば、45fps)になるように制御するが、その後、出力パタンデータ中のパタンが精度良く識別できない状態(例えば、パタンが識別できない、パタンの位置が定まらない等)であることを検出すると、撮像フレームレートが当該所定の大きさとは異なる大きさ(例えば、40fps)になるように制御してもよい。
For example, when the
[8] これまで、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートを適宜設定することによって、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向に対して変動させる実施形態について述べてきたが、上述の実施形態以外の形態でも、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向に対して変動させることは可能である。ここでは、一例として、撮像間隔を等間隔にせずに異ならせることにより、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向に対して変動させる形態について、図面を参照して説明する。図13は、本発明の別の実施形態に係る情報伝達システムの動作例について示すタイミング図である。なお、図13は、パタン表示切替レートが60fps、撮像フレームレートが(全体として)30fpsである場合について例示した図である。また、図13では、表示タイミング及び撮像タイミングのズレの状態が異なる2つの例を、並べて示している [8] The embodiment has been described so far in which the display timing and the imaging timing shift are changed with respect to the time direction by appropriately setting the pattern display switching rate and the imaging frame rate. Even in the form, it is possible to vary the shift between the display timing and the imaging timing with respect to the time direction. Here, as an example, a mode in which the shift of the display timing and the imaging timing is changed with respect to the time direction by making the imaging intervals different without equal intervals will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a timing chart showing an operation example of the information transmission system according to another embodiment of the present invention. FIG. 13 is a diagram illustrating a case where the pattern display switching rate is 60 fps and the imaging frame rate is 30 fps (as a whole). In FIG. 13, two examples in which the display timing and the imaging timing are different from each other are shown side by side.
図13は、撮像部21の撮像フレームレートが、全体としては30fps(撮像間隔が等間隔であればうなりが生じない撮像フレームレート、図5参照)である。しかし、図13に示す例では、撮像間隔が等間隔ではなく異なっている。具体的に、図13に示す例は、短い撮像間隔で連続的に2回の撮像を行った後で、これよりも長い撮像間隔を設けて待機するものであり、これらの動作を順次繰り返すことで全体として30fpsとするものである。
FIG. 13 shows that the imaging frame rate of the
このように、撮像間隔を等間隔にせずに異ならせることでも、表示タイミング及び撮像タイミングのズレを時間方向に対して変動させることが可能である。ただし、これまで述べてきた実施形態のように、撮像間隔を等間隔のままにして、パタン表示切替レート及び撮像フレームレートの関係を調整した方が、撮像部21の動作制御を簡易なものにすることができるとともに、既存の撮像装置を使用することができるため、好ましい。
As described above, the display timing and the imaging timing can be shifted with respect to the time direction by changing the imaging intervals without making them equal. However, as in the embodiments described so far, it is easier to control the operation of the
本発明は、表示装置が表示する表示画像中に埋め込まれた情報を取得する情報取得装置や、当該情報取得装置を備えた情報伝達システムに適用することができる。 The present invention can be applied to an information acquisition device that acquires information embedded in a display image displayed by a display device, and an information transmission system that includes the information acquisition device.
1 : 情報伝達システム
10 : 情報提供装置
11 : パタン埋込部
12 : 表示部
20 : 情報取得装置
21 : 撮像部
22 : 画像処理部
P : 埋込位置
Q : うなりの周波数
SR : 撮像フレームレート
DR : パタン表示切替フレームレート
1: communication system 10: the information providing apparatus 11: pattern embedding part 12: display unit 20: Information acquisition apparatus 21: imaging unit 22: image processing unit P: embedding position Q: beat frequency S R: imaging frame rate D R: pattern display switching frame rate
Claims (11)
前記撮像部が順次生成する前記撮像画像データの前記一連の撮像フレームの異なるフレーム間の差分に基づいて、前記パタンを示す出力パタンデータを生成する画像処理部と、を備え、
前記表示画像は、前記原画像中の埋込位置における原画素を変動させて前記パタンとしたものであって、前記パタンの前記表示方法が順次切り替えられると、人間の視覚では、前記パタンと前記原画像中の前記埋込位置における前記原画素とが区別できないように設定されており、
前記撮像部は、1つの前記パタンに対応した前記表示画像を表示する表示期間である表示タイミングと、前記撮像部が前記表示画像を順次撮像する前記撮像期間である撮像タイミングの間にズレが生じている場合、当該ズレの生じている1つの前記撮像期間内に、前記ズレに応じた時間比で、前記表示方法の異なる連続する2つの前記パタンが各別に埋め込まれた2つの前記表示画像を順次撮像するように構成され、
前記一連の撮像フレームにおける前記撮像タイミングが、所定周期で出現する前記表示タイミングに対して、1つの前記撮像期間の前記ズレに応じた時間比が時間方向に対して変動するように、設定されていることを特徴とする情報取得装置。
An imaging unit that sequentially generates captured image data by sequentially capturing a display image in which a pattern in which a display method is sequentially switched is embedded in an original image in each imaging period of a series of imaging frames ;
An image processing unit that generates output pattern data indicating the pattern based on a difference between different frames of the series of imaging frames of the captured image data that the imaging unit sequentially generates,
The display image is obtained by changing an original pixel at an embedding position in the original image to form the pattern. When the display method of the pattern is sequentially switched, in human vision, the pattern and the It is set so that it cannot be distinguished from the original pixel at the embedding position in the original image,
The imaging unit has a difference between a display timing that is a display period in which the display image corresponding to one pattern is displayed and an imaging timing that is the imaging period in which the imaging unit sequentially captures the display image. If there are two display images in which two consecutive patterns with different display methods are embedded in the imaging period in which the deviation occurs, at a time ratio corresponding to the deviation. Configured to capture images sequentially,
The imaging timing in the series of imaging frames, with respect to the display timing appearing at a predetermined period, so that the time ratio corresponding to the deviation of one of the imaging period varies with respect to the time direction, is set An information acquisition device characterized in that:
前記表示タイミングと前記撮像タイミングとの間の前記ズレが、時間方向に対して周期的に変動してうなりが生じるように、前記パタン表示切替レート及び前記撮像フレームレートが設定されていることを特徴とする請求項1に記載の情報取得装置。 The imaging unit sequentially captures the captured image data by sequentially capturing the display image in which the display method in which a display method is sequentially switched at a predetermined pattern display switching rate is embedded in the original image at a predetermined imaging frame rate. Is to generate
The pattern display switching rate and the imaging frame rate are set so that the deviation between the display timing and the imaging timing periodically fluctuates in the time direction. The information acquisition apparatus according to claim 1 .
前記パタン表示切替レート及び前記撮像フレームレートは、前記撮像フレームレートが前記パタン表示切替レートの3/4倍となるように設定されていることを特徴とする請求項7に記載の情報取得装置。 When the display method of the pattern is two types,
The information acquisition apparatus according to claim 7, wherein the pattern display switching rate and the imaging frame rate are set such that the imaging frame rate is 3/4 times the pattern display switching rate.
前記表示画像を表示する情報提供装置と、を備え、
前記情報提供装置は、
前記原画像を示す原画像データに対して、入力パタンデータが示す前記パタンの前記埋込位置における前記原画素の画素値を変動させることで、前記表示画像を示す表示画像データを順次生成するパタン埋込部と、
前記パタン埋込部が生成する前記表示画像データが示す前記表示画像を順次表示する表示部と、を備えることを特徴とする情報伝達システム。 The information acquisition device according to any one of claims 1 to 10,
An information providing device for displaying the display image,
The information providing apparatus includes:
A pattern for sequentially generating display image data indicating the display image by changing a pixel value of the original pixel at the embedding position of the pattern indicated by input pattern data with respect to the original image data indicating the original image. An embedding part;
And a display unit that sequentially displays the display images indicated by the display image data generated by the pattern embedding unit.
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